共蒸发法制备Cu_2ZnSnS_4薄膜的研究

利用真空蒸镀技术共蒸发Cu,Zn,Sn金属丝在玻璃衬底上制备前驱体Cu-Zn-Sn(CZT),并采用高温硫化金属前驱体的方法制备Cu2Zn Sn S4(CZTS)薄膜。本文采用X射线衍射和扫描电子显微镜对薄膜进行表征,探究前驱体的蒸镀条件以及硫化温度对薄膜生长情况的影响,结果表明:溅射Mo作为缓冲层有利于Zn原子的沉积;硫化温度为500℃时,薄膜的结晶度较好,能够生成单一的CZTS薄膜;气压越低越有利于形成优质薄膜;衬底温度升高为220℃时,薄膜的结晶度有所提高,有利于抑制杂质的生成;等离子体的辅助可以提高薄膜的结晶质量。     

三元共电沉积法制备Cu_2ZnSnS_4薄膜

利用三元共电沉积制备金属前驱体,经预加热和硫化热处理后,成功合成了Cu_2ZnSnS_4薄膜。借助循环伏安法确定三元共沉积电位为E=-1.25V,考察pH值和电解液离子浓度对金属前驱体元素成分和物相的影响,筛选出电沉积的最佳工艺参数(8mmol/L SnSO_4,22mmol/L CuSO_4·5H_2O,22mmol/L ZnSO_4·7H_2O,200mmol/LNa_3C_6H_5O_7·2H_2O和pH值=5.7),沉积到成分比例接近最佳元素比的金属前驱体(n(Cu)/n(Zn+Sn)≈0.8,n(Zn)/n(Sn)≈1.2)。经300℃预加热后,金属前驱体转变成以Cu_5Zn_8和Cu_6Sn_5二元合金为主的金属固溶体,为后续硫化热处理形成纯相的CZTS奠定了基础。硫化过程中,硫化时间和硫化温度对薄膜结构形貌的影响显著。随着硫化时间的增大,CZTS的特征峰的强度增大,杂相衍射峰(Cu_(2-x)S、SnS和Cu_2SnS_3)的强度减弱,CZTS逐渐纯化。硫化时间为60min时,薄膜具有良好结构和形貌,而进一步硫化,易促使薄膜分解。过低的硫化温度会导致薄膜产生较多的二元和三元杂相,而硫化温度过高则会产生Sn和Zn的挥发流失。580℃时,CZTS薄膜的晶粒轮廓分明、晶界清晰、分布致密均匀,薄膜厚度约为2μm,与Mo层的接触紧密,无间隙,附着性增强。     

硫化温度对铜锌锡硫薄膜特性的影响

采用预制膜硫化法制备铜锌锡硫(CZTS)薄膜,分别在350,400,450,500,550℃进行硫化,研究了硫化温度对薄膜特性的影响。结果表明:硫化温度低于400℃时硫化反应基本上不发生,主要发生Cu6Sn5和Cu5Zn8两相中元素相互扩散的合金化过程,只有少量硫化物Sn3S4和ZnS生成;硫化温度为450℃时,合金相消失,硫化后的薄膜同时含有CZTS和SnS;硫化温度为500℃时薄膜的主要组成相为CZTS,其晶粒尺寸达2μm,但表面粗糙;硫化温度为550℃薄膜中CZTS晶粒尺寸约为2μm,表面平整。     

H2S气氛下硫化温度对Cu2ZnSnS4薄膜性能影响的研究

用磁控溅射法在玻璃衬底上沉积Zn/Sn/Cu预置层,然后再在H2S气氛下将其硫化制成Cu2ZnSnS4(CZTS)薄膜。研究了不同硫化温度(460,500,540和580℃)对CZTS薄膜性能的影响。采用X射线衍射、Raman、扫描电镜、能量色散谱和紫外-可见-近红外分光光度计表征薄膜的物相、表面形貌和光学性能。结果表明,在不同硫化温度下都成功制备了CZTS薄膜。当硫化温度为540℃时,制备的薄膜晶粒达到2μm,结晶性最好,表面致密光滑,而且它的吸收系数大于7×104cm-1,禁带宽度为1.49 e V。硫化温度较低(460℃)时,含有Cu2-xS杂质相,表面存在孔洞。而硫化温度较高(580℃)时,晶界处会产生微裂纹。     

溶胶-凝胶法制备Cu_2ZnSnS_4薄膜太阳能电池吸收层

以金属盐氯化铜、氯化锌、氯化锡为原料,单乙醇胺和乙二醇甲醚作为溶剂,采用溶胶-凝胶法结合旋涂技术获得前驱体薄膜,分别经120℃和300℃的热板干燥后,在双温区管式炉中,于硫蒸气下硫化制备Cu2ZnSnS4(CZTS)薄膜。利用X射线衍射(XRD)、拉曼光谱仪(Raman)、X射线能量色散谱(EDS)、扫描电子显微镜(SEM)和紫外-可见分光光度计(UV-Vis)等一系列测试设备对样品的结构、各组分的含量、表面形貌和光带隙进行表征分析。研究结果表明,CZTS前驱体薄膜在120℃的热板上干燥后,再经500℃硫化可制备出纯净的CZTS薄膜,禁带宽度接近1.52eV。     

铜锌锡硫硒(CZTSSe)薄膜的制备工艺及性能表征

本文以油胺为溶剂,采用液相法制备了Cu2ZnSnS4(CZTS)纳米颗粒,通过CZTS纳米浆滴涂法制备了CZTS薄膜,而后经固态硒源硒化工艺得到了CZTSSe薄膜,研究了制备工艺条件反应温度、气压、物质配比及退火温度等对样品的晶体结构及成分的影响。采用X射线衍射仪(XRD)、热重-差示扫描量热法(TG-DSC)、能谱分析(EDAX)对制备的CZTS粉末和CZTSSe薄膜样品进行了表征,结果表明在化学计量比和保压的条件下可得到单相性较好的前驱体粉末,由此得到的CZTSSe薄膜在500℃的硒化退火温度下能够形成具有单一锌黄锡矿结构、结晶程度较好的薄膜;由EDAX的成分分析结果可知,薄膜具有贫铜的成分,而且,随着温度的升高,Se元素含量增加最后趋于平稳,而S元素含量先减少后有增加趋势。     

Cu_2ZnSnS_4纳米晶及其薄膜的制备

以乙酰丙酮铜(Cu(AcAc)2)、乙酸锌(Zn(CH3COO)2·2H2O)、氯化亚锡(SnCl2·2H2O)、升华硫(S粉)和十二硫醇为原料,用热注射法合成了Cu2ZnSnS4(CZTS)纳米晶。再将Cu2ZnSnS4纳米晶制成胶体墨水,用旋涂法制备出Cu2ZnSnS4薄膜。用X射线衍射(XRD)仪、拉曼光谱(RS)仪、透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM)、X射线能量色散谱仪(EDS)和紫外-可见光谱(UV-Vis)分光光度计对CZTS纳米晶及薄膜的晶体结构、微观形貌、化学组成及光学性能进行表征,研究了注射温度对纳米晶结构、形貌、晶粒大小以及化学组成的影响以及热处理时间对Cu2ZnSnS4薄膜结构、形貌、化学组成和光学性能的影响。结果表明,在注射温度为180℃时合成的CZTS纳米晶为锌黄锡矿结构,平均粒径为18 nm。在500℃热处理2 h所制备出的薄膜,在可见光范围内其吸收系数高达104cm-1,禁带宽度为1.45 eV。     

化学浴法Cu2S纳米晶薄膜的制备及其光学特性研究

利用化学浴沉积法,以EDTA为络合剂,CuSO4·5H2O和Na2S2O3为前驱体溶液制备了硫化亚铜纳米薄膜,用FESEM、XRD、光学显微镜研究了前驱体浓度、络合剂的浓度、溶液的pH值、反应温度等因素对硫化亚铜纳米薄膜的表面形貌、晶粒大小与晶体结构的影响.结果表明,在最佳的生长条件下可以制备晶粒匀一、结构致密的硫化亚铜纳米薄膜,紫外可见吸收光谱表明硫化亚铜薄膜具有一定的透光性,并对红外光有很好屏蔽的作用.     

采用旋转镀膜技术的溶液沉积法合成的LiMn2O4薄膜形貌与合成条件之间的关系研究

通过旋转镀膜技术的溶液沉积法制备LiMn2O4薄膜,详细讨论了影响LiMn2O4薄膜形貌的各种因素.研究表明前驱体溶液溶剂、溶液浓度、匀胶速度、升温速度以及加热分解温度和时间等对薄膜形貌有重大影响.实验表明LiMn2O4前驱体溶液浓度为0.2mol/L,匀胶速度为3000r/min,匀胶时间为30s,加热分解温度350℃,加热分解时间20min,升温速度为10℃/min为较为理想的一组合成条件.     

温度对Cu_2S薄膜结构及光学特性的影响

以CuCl_2·2H_2O和(NH_2)_2CS为前驱体,三乙醇胺为络合剂,利用化学浴沉积法于25℃到60℃务件下反应30min在玻璃衬底上沉积Cu_2S薄膜。利用X射线衍射仪(XRD)、原子力显微镜(AFM)、X射线光电子能谱仪(XPS)及紫外可见近红外分光光度计对样品的结构和光学特性进行研究。XRD结果显示所制备的薄膜为单斜晶相的Cu_2S,且沉积温度为40℃时所得薄膜结晶度最好。与Cu_2S本体相比,所制备的Cu_2S薄膜带隙出现不同程度的蓝移。结果表明,沉积温度对薄膜的结晶度、表面形貌以及光学性质有很大的影响。     

Cu2ZnSnS4纳米颗粒及其薄膜的制备与表征

采用热注入法,在油胺(OLA)中合成出Cu2ZnSnS4(CZTS)纳米颗粒,并在玻璃衬底上制备了薄膜,研究了不同合成温度对纳米颗粒生成的影响.通过X射线衍射仪、拉曼光谱仪、透射电子显微镜、扫描电子显微镜、紫外可见分光光度计对所得纳米晶材料的结构与成分、颗粒大小与形貌、光吸收谱进行了测试分析.研究结果表明:采用热注入法的最佳合成温度在260℃左右,该温度下生成的多晶CZTS纳米颗粒尺寸约10 nm,分散性良好,光学禁带宽度约1.5 eV.     

溅射Cu-Zn-Sn金属预制层后硫(硒)化法制备Cu2ZnSn(SxSe1-x)4薄膜及其光伏特性

采用溅射工艺制备Cu-Zn-Sn金属预制层并尝试在多种退火方案(硫化退火、硒化退火、不同温度下硫化后硒化)下对其进行退火处理,探索出一种只需采用金属预制层即可完成CZTSSe制备的退火工艺制度.通过扫描电镜对比研究了不同退火制度下Cu2ZnSn(SxSe1-x)4薄膜的形貌差异,发现低温硫化后硒化工艺可以有效减少因硫化温度过高引起的薄膜中孔洞较多的问题,有利于薄膜的平整与致密化.在此基础上,采用 X射线荧光光谱、扫描电镜、X 射线衍射及拉曼光谱对不同硫化温度(200 ℃、300℃、400 ℃、500 ℃)下硫化后硒化工艺制备的Cu2ZnSn(SxSe1-x)4薄膜的成分、形貌、物相结构及结晶性能进行了表征和分析.结果表明,300 ℃下硫化后硒化获得的Cu2ZnSn(SxSe1-x)4较其他温度下硫化后硒化获得的产物有着更好的形貌及结晶性能,其器件的光电转换效率为2.09%,远高于500 ℃下硫化后硒化工艺所得薄膜器件的效率(0.94%).     

Growth and Raman scattering characterization of Cu2ZnSnS4 thin films

In the present work we report the results of the growth, morphological and structural characterization of Cu₂ZnSnS₄ (CZTS) thin films prepared by sulfurization of DC magnetron sputtered Cu/Zn/Sn precursor layers. The adjustment of the thicknesses and the properties of the precursors were used to control the final composition of the films. Its properties were studied by SEM/EDS, XRD and Raman scattering. The influence of the sulfurization temperature on the morphology, composition and structure of the films has been studied. With the presented method we have been able to prepare CZTS thin films with the kesterite structure.     

Cu_2ZnSnS_4薄膜的研究进展

Cu2ZnSnS4(CZTS)薄膜太阳能电池具有低成本、高效率、安全无毒等优点,是最具发展前景的太阳能电池之一,近几年来开始受到广泛关注。简要介绍了国内外几种制备Cu2ZnSnS4薄膜的方法,包括蒸发法、溅射法、脉冲激光沉积法、电化学沉积法、喷涂热解法、Sol-gel法、丝网印刷法,并阐述了这几种方法的优点及存在的问题,展望了今后CZTS薄膜的研究方向,认为通过溶剂热或热注入法制备出CZTS纳米晶体后,再通过丝网印刷法或旋涂等法制成CZTS薄膜能降低生产成本,在电池的工业化生产中具有很广阔的应用前景。     

Sulfurization time effects on the growth of Cu2ZnSnS4 thin films by solution method

Cu₂ZnSnS₄ (CZTS) films were obtained by sulfurizing (Cu, Sn) S/ZnS structured precursors prepared by a combination of the successive ionic layer absorption and reaction method and the chemical bath deposition method, respectively. The effect of sulfurization time on structure, composition and optical properties of these CZTS thin films was studied. The results of energy dispersive spectroscopy indicate that the annealed CZTS thin films are of Cu-poor and Zn-rich states. The X-ray diffraction studies reveal that Cu_2?x S phase exists in the annealed CZTS thin film prepared by sulfurization for 20 min, while the Raman spectroscopy analysis shows that there is a small Cu₂SnS₃ phase existing in those by sulfurization for 20 and 40 min. The band gap (E _g ) of the annealed CZTS thin films, which are determined by reflection spectroscopy, varies from 1.49 to 1.56 eV depending on sulfurization time. The best CZTS thin film is the one prepared by sulfurization for 80 min, exhibiting a single kesterite structure, dense morphology, ideal band gap (E _g  = 1.55 eV) and high optical absorption coefficient (>10⁴ cm^?1).     

溶胶-凝胶法制备CZTS太阳能电池吸收层薄膜

Cu2ZnSnS4(CZTS)具有与CIGS相似的结构,其直接带隙宽度为1.45~1.6eV,吸收系数则高于104cm-1,构成元素丰富且无毒,因此其作为一种P型半导体材料,被认为是最有希望替代CIGS的材料之一。以去离子水和无水乙醇作为溶剂,采用溶胶-凝胶法(Sol-gel)在玻璃基底上制得了CZTS薄膜,利用X射线衍射仪、拉曼光谱仪、扫描电镜和紫外可见光谱对样品进行了表征,并讨论了烘焙温度对薄膜结构和形貌的影响。结果表明当热处理温度达到200℃时得到了黑色的CZTS薄膜,其禁带宽度为1.45eV,经过EDS分析制得的薄膜的元素比Cu∶Zn∶Sn∶S接近2∶1∶1∶4,这与CZTS的理论值是一致的,但是薄膜中存在少量的氯元素,同时适当降低前期的烘焙温度可以提高薄膜的致密性。     

Structural and optical investigations at room temperature of sulfurized thermal evaporated Cu2ZnSnS4

Journal of Materials Science: Materials in Electronics - The present work investigates the structural and optical properties of Cu2ZnSnS4 (CZTS) thin films deposited at room temperature with...     

热处理对钛酸锶钡薄膜光学性能的影响

采用无水溶胶-凝胶技术制备了钛酸锶钡光学薄膜,系统研究了预处理和退火温度对钛酸锶钡薄膜的相结构、微观形貌和光性能的影响,优化了薄膜的光学性能,结果表明,膜的结构和形貌直接影响其光学性能。通过150℃预处理和850℃退火获得了晶化程度良好、表面形貌平整致密的钛酸锶钡薄膜。该膜在350-1000nm的最大光透过率为80．72％,在600-1000nm的折射率稳定在-1．93左右,消光系数最小,最小值为4x10-5。     

N掺杂Cu2O薄膜的低温沉积及快速热退火研究

采用氧化亚铜(Cu_2O)陶瓷靶,利用射频磁控溅射沉积法在氮气和氩气的混合气氛下制备了N掺杂Cu_2O(Cu_2O∶N)薄膜,并在N_2气氛下对薄膜进行了快速热退火处理,研究了N_2流量和退火温度对Cu_2O∶N薄膜的生长行为、物相结构、表面形貌及光电性能的影响。结果显示,在衬底温度300℃、N_2流量12sccm条件下生长的薄膜为纯相Cu_2O薄膜;在N_2气氛下对预沉积薄膜进行快速热退火处理不影响薄膜的物相结构,薄膜的结晶质量随退火温度(450℃)的升高而显著改善;快速热退火处理能改善薄膜的结晶质量和缺陷,降低光生载流子的散射,增强载流子的传输,预沉积Cu_2O∶N薄膜经400℃退火处理后展示出较好的电性能,薄膜的霍尔迁移率(μ)为27.8cm~2·V~(-1)·s~(-1)、电阻率(ρ)为2.47×10~3Ω·cm。研究表明低温溅射沉积和快速热退火处理能有效改善Cu_2O∶N薄膜的光电性能。     

Preparation of Cu2ZnSnS4 thin films by sulfurization of stacked metallic layers

Stacked precursors of Cu, Sn, and Zn were fabricated on glass/Mo substrates by electron beam evaporation. Six kinds of precursors with different stacking sequences were prepared by sequential evaporation of Cu, Sn, and Zn with substrate heating. The precursors were sulfurized at temperatures of 560 °C for 2 h in an atmosphere of N₂ + sulfur vapor to fabricate Cu₂ZnSnS₄ (CZTS) thin films for solar cells. The sulfurized films exhibited X-ray diffraction peaks attributable to CZTS. Solar cells using CZTS thin films prepared from six kinds of precursors were fabricated. As a result, the solar cell using a CZTS thin film produced by sulfurization of the Mo/Zn/Cu/Sn precursor exhibited an open-circuit voltage of 478 mV, a short-circuit current of 9.78 mA/cm², a fill factor of 0.38, and a conversion efficiency of 1.79%.